JP6902643B1 - セメント混和剤及び水硬性組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、セメントのような水硬性物質は強アルカリ性のため、酸性のセメント混和剤と組み合わせることが難しく、所望の特性を有する水硬性組成物が得られないという問題がある。実際、硬化速度の向上及びプレミックス化に適した従来の酸性のセメント混和剤を水硬性組成物に配合すると、水硬性組成物の貯蔵安定性が低下したり、良好な凝結性及び極初期からの高い強度が得られなかったりすることがある。
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
(1)前記硫酸アルミニウムが非晶質である。
(2)前記硫酸アルミニウムの固体27Al−NMRによって得られるスペクトルにおいて、化学シフト−0.20〜−20.00ppmにピークを有し、当該ピークの半値幅が10.00〜35.00ppmである。
(3)粒径100μm以上の粒子が70質量%以下で、かつ、粒径10μm以下の粒子が30質量%未満である。
[2] 前記硫酸アルミニウムのpHが1〜6である[1]に記載のセメント混和剤。
[3] 粉末珪酸ソーダの平均粒径が1〜300μmである[1]又は[2]に記載のセメント混和剤。
[4] 粉末珪酸ソーダにおけるSiO2とNa2Oとのモル比(SiO2/Na2O)が0.5〜5である[1]〜[3]のいずれかに記載のセメント混和剤。
[5] [1]〜[4]のいずれかに記載のセメント混和剤と、水硬性物質とを含む水硬性組成物。
特に、当該セメント混和剤を含む水硬性組成物は、上記効果とともに、珪酸ソーダに起因する環境温度に依存しない自己治癒性能を有することが可能となる。
[セメント混和剤]
本実施形態に係るセメント混和材剤は、珪酸ソーダと、特定の酸性の硫酸アルミニウムとを含む。
粉末状急結剤の珪酸ソーダは、吹き付けモルタル用のセメントモルタル(以下、単に「セメントモルタル」ということがある)や、吹き付けセメント用のセメントコンクリート(以下、単に「セメントコンクリート」ということがある)に対して、主に極初期の流動性消失の促進効果を発揮する。また、例えば、粉末状急結剤を用いて吹付け施工した際の急結材料が長い年月によりひび割れを生じた際に、例えば0.1mmひび割れに対しては流水条件下であれば、修復することができる。これは水によりゲル化した珪酸ソーダが、そのひび割れ自体を修復するように働きその幅を小さくするためと考えられる。
なお、上記効果を効率よく発現させる観点から、珪酸ソーダは粉末状であることが好ましい。
モル比が0.5以上であると、粉末として取り扱い性が良好であり、1.5以下であると、セメントモルタルやセメントコンクリートに対して添加直後からの著しい流動性消失や初期強度発現性が得られやすくなる。
なお、平均粒径は、例えば、HORIBA社製のレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いることで求めることができる。
本実施形態に係る硫酸アルミニウムは、下記(1)〜(4)を満たす酸性の硫酸アルミニウムである。
(1)硫酸アルミニウムが非晶質である。
硫酸アルミニウムが非晶質でない場合、セメントのような強アルカリ性を示す水硬性物質とプレミックス化することが難しいと共に、プレミックス化できたとしても水硬性組成物の貯蔵安定性が低下する。
ここで、硫酸アルミニウムが非晶質であるか否かは、X線回折分析によって判断することができる。具体的には、硫酸アルミニウムのX線回折スペクトルがブロードであれば、非晶質であると判断することができる。硫酸アルミニウムは2θ=20〜30°の範囲で明確なピークが確認できるが、ピークが得られないものは非晶質とした。
ピークの化学シフトが−0.20ppmよりも大きいと、水硬性物質とプレミックス化することが難しいと共に、プレミックス化できたとしても水硬性組成物の貯蔵安定性が低下する場合がある。一方、ピークの化学シフトが−20.00ppmよりも小さいと、pHが8以上を呈すアルカリ性の混和剤と相乗効果が得られない場合がある。
ピークの化学シフトは−1.00〜−16.00ppmであることが好ましく、−2〜−15ppmであることがより好ましい。
観測核:27Al
試料管回転数:10KHz
測定温度:室温
パルス幅:3.3μsec(90°パルス)
待ち時間:5秒
外部標準:硝酸アルミニウム
粒径100μm以上の粒子は、50%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。また、粒径10μm以下の粒子は、40%以上が好ましく、50%以上がより好ましい。なお、粒径は例えば、篩によって調整することができる。
なお、(3)の範囲にある硫酸アルミニウムを用いた混和剤では、低温から高温まで硬化速度が十分に得られないということがなく、特に高温においては、硬化速度が速まることが予想されるが、pH8以上のアルカリ性物質の共存により、硬化速度がコントロールできると考えられるため、低温(5℃以下)から高温(30℃以上)まで幅広い温度範囲で使用できるため、夏でも冬でも安定して適用可能である。
なお、本明細書においてpHは、pHメータを用いて、20±2℃で水100mlに10g添加し、500rpmで撹拌して測定することができる。
アルミン酸塩としては、特に限定されないが、例えば、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸カルシウム、及びアルミン酸マグネシウムなどが挙げられる。
その他の無機アルミニウム化合物としては、特に限定されないが、例えば、ボーキサイト、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、リン酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、炭酸水酸化アルミニウム、合成ヒドロタルサイト、及びメタケイ酸アルミニウムなどが挙げられる。
アルミニウム錯体としては、特に限定されないが、例えば、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウムなどが挙げられる。
Al2O3源としては、単一種を用いることができるが、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記の様々なAl2O3源の中でも、水への溶解性が高く、製造コストが安く且つ凝結性に優れる点からアルミニウムの硫酸塩が好ましいが、水酸化アルミニウムも好ましい。
硫化物としては、特に限定されないが、例えば、硫化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化鉄、及び五硫化リンなどが挙げられる。
硫酸塩としては、特に限定されないが、例えば、硫酸アニリン、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、ナトリウム明礬、カリウム明礬、アンモニウム明礬、及び硫酸ヒドロキシルアミンなどが挙げられる。
チオ硫酸塩としては、特に限定されないが、例えば、チオ硫酸アンモニウム及びチオ硫酸バリウムなどが挙げられる。
有機イオウ化合物としては、特に限定されないが、例えば、スルホン酸誘導体、スルホン酸誘導体の塩、メルカプタン、チオフェン、チオフェン誘導体、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、及びポリフェニレンサルファイドなどの樹脂が挙げられる。
SO3源としては、単一種を用いることができるが、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記の様々なSO3源の中でも、水への溶解性が高く、製造コストが安く且つ凝結性に優れる点から、硫酸又は硫酸塩が好ましく、硫酸又はアンモニウム明礬が最も好ましい。
本発明に係る水硬性組成物は、本発明に係るセメント混和剤と水硬性物質とを含み、さらに既述のアルカリ性混和剤を含むことが好ましい。
本発明に係るセメント混和剤は、様々な水硬性物質と共に用いて水硬性組成物を調製することができる。特に、本発明に係るセメント混和剤は、酸性であるにも関わらず、アルカリ性の水硬性物質と共に用いることが可能である。一般的に、酸性のセメント混和剤は、アルカリ性の水硬性物質と共に用いて水硬性組成物を調製すると、貯蔵安定性が低下し易いが、本発明に係るセメント混和材は、アルカリ性の水硬性物質と共に用い水硬性組成物を調製しても貯蔵安定性が低下し難い。そのため、本発明に係るセメント混和材を用いて調製された水硬性組成物は、特殊な保存方法、施工方法又は取扱方法を行わなくても長期保存が可能である。また、この水硬性組成物は、超速硬性を有し、強度が高い硬化体を形成することができる。したがって、この水硬性組成物を用いることにより、施工の簡略化が可能となる。
水硬性物質のpHとしては、特に限定されないが、好ましくは7超、より好ましくは8以上、さらに好ましくは10以上である。
<硫酸アルミニウムA〜Eの調製>
原料として下記の物質を使用した。
Al2O3源:水酸化アルミニウム、試薬、純度99%
SO3源:硫酸、試薬、純度99%
溶媒:純水
上記で調製した硫酸アルミニウムについて、X線回折、固体27Al−NMR、及びpHの評価を行った。
粉末ケイ酸ソーダは、市販品で、SiO2/Na2Oモル比が1.0、ブレーン比表面積が600cm2/gで、平均粒径が250μmの無水塩を使用した。
その後、この水硬性組成物に水(上水道水)40質量部を更に配合して混合し、凝結試験を行った。
凝結試験は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。凝結試験は、凝結の始発時間を測定した。
上記の各評価の結果を表2に示す。
アルカリ性混和剤イ:炭酸水素ナトリウム、試薬、pH8.3
アルカリ性混和剤ウ:炭酸カルシウム、試薬、pH10
アルカリ性混和剤エ:炭酸カリウム、試薬、pH12
アルカリ性混和剤オ:水酸化カルシウム、試薬、pH10
アルカリ性混和剤カ:水酸化マグネシウム、試薬、pH10.5
アルカリ性混和剤キ:水酸化ナトリウム、試薬、pH14
アルカリ性混和剤ク:水酸化カリウム、試薬、pH13
凝結試験及び圧縮強度の測定は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。凝結試験は、凝結の始発時間を測定した。
上記の各評価の結果を表3に示す。
凝結試験及び圧縮強度の測定は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。凝結試験は、凝結の始発時間を測定した。
上記の各評価の結果を表4に示す。
その後、この水硬性組成物に水(上水道水)40質量部を更に配合して混合し、強度試験を行った。強度試験は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。強度試験は、水硬性組成物に水を添加してから28日後の強度を測定した。
上記の各評価の結果を表5に示す。
その後、この水硬性組成物に水(上水道水)40質量部を更に配合して混合し、強度試験を行った。強度試験は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。強度試験は、水硬性組成物に水を添加してから28日後の強度を測定した。
上記の各評価の結果を表6に示す。
その後、この水硬性組成物に水(上水道水)40質量部を更に配合して混合し、凝結試験を行った。
凝結試験は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。凝結試験は、凝結の始発時間を測定した。
上記の各評価の結果を表7に示す。
その後、この水硬性組成物に水(上水道水)40質量部を更に配合して混合し、凝結試験を行った。
凝結試験は、JIS R5201「セメントの物理試験方法」に準拠して行った。凝結試験は、凝結の始発時間を測定した。
上記の各評価の結果を表8に示す。
表9に示すように、ケイ酸ソーダのSiO2/Na2Oモル比が異なるものを使用した以外は全て実験例1と同様にして試験を実施した。粉末状急結剤の組成は、実験No.1−5の配合となるように調製した。
モルタルに粉末状急結剤80gを加えて急結モルタルを調製したときからの流動性低下時間、凝結時間、圧縮強度を測定した。結果を下記表9に併記する。
表10に示す種類のケイ酸ソーダの水和物を使用した以外は全て実験例1と同様にして試験を実施した。粉末状急結剤の組成は、実験No.1−5の配合となるように調製した。
モルタルに粉末状急結剤80gを加えて急結モルタルを調製したときからの流動性低下時間、凝結時間、圧縮強度を測定した。結果を表10に併記する。
セメント360kg、水216kg、細骨材1049kg、粗骨材(新潟県姫川水系6号砕石、密度2.67g/cm3)716kgのコンクリート(吹付けコンクリート)を調製した。MAYCO社(Suprema)のコンクリートポンプで5m3/hの設定でコンクリートをポンプ圧送し、途中で別系統からの圧縮空気と混合合流させて空気搬送した。さらに、吐出前3m地点で下記表11に示す粉状急結剤を搬送装置Werner Mader社(WM−14 FU)でセメント100部に対して10部となるように、当該粉末状急結剤を空気搬送されたコンクリートと混合合流させて急結材料とし、ノズル先より鉄板に吹付けた。吹付けてからの初期強度、長期強度、リバウンド率、ひび割れ修復率を表11に示す。なお、急結剤搬送装置への急結剤の供給はSpiroflow社(FLEXIBLE SCREW CONVEYOR)の装置を用い、それぞれの装置は電気信号にて連動して制御されている。
初期強度:JSCE−G561に準じて型枠に吹付けて、材齢10分、3時間、1日時点での引き抜き強度より、圧縮強度に換算し、初期強度を測定した。
なお、リバウンド率は、20%以下であることが好ましい。
なお、ひび割れ修復率は、50%以上であることが好ましい。
Claims (5)
- 粉末珪酸ソーダと、下記(1)〜(3)を満たす酸性の硫酸アルミニウムとを含むセメント混和剤。
(1)前記硫酸アルミニウムが非晶質である。
(2)前記硫酸アルミニウムの固体27Al−NMRによって得られるスペクトルにおいて、化学シフト−0.20〜−20.00ppmにピークを有し、当該ピークの半値幅が10.00〜35.00ppmである。
(3)粒径100μm以上の粒子が70質量%以下で、かつ、粒径10μm以下の粒子が30質量%未満である。 - 前記硫酸アルミニウムのpHが1〜6である請求項1に記載のセメント混和剤。
- 粉末珪酸ソーダの平均粒径が1〜300μmである請求項1又は2に記載のセメント混和剤。
- 粉末珪酸ソーダにおけるSiO2とNa2Oとのモル比(SiO2/Na2O)が0.5〜5である請求項1〜3のいずれか1項に記載のセメント混和剤。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセメント混和剤と、水硬性物質とを含む水硬性組成物。
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